[發明專利]一種與光刻電極相兼容的本征可拉伸有機場效應晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 202011167204.6
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112349839B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 湯慶鑫;童艷紅;趙曉麗;任航;張珺默
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/40
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發明公開了與光刻電極相兼容的本征可拉伸有機場效應晶體管及其制備方法。該制備方法，包括如下步驟：在襯底表面上連接十八烷基三氯硅烷；在修飾過的襯底上光刻制備圖案化的可拉伸的柵電極和源/漏電極，然后分別旋涂液態彈性體材料，經固化得到內嵌于彈性體中的柵電極層和源/漏電極；在修飾過的襯底上依次旋涂可拉伸的聚合物半導體和液態彈性絕緣材料，經固化得到半導體/絕緣層復合層；柵電極層剝離并貼合到可拉伸半導體/絕緣層復合層上；源/漏電極層從襯底上剝離并貼合到柵電極/半導體/絕緣層復合層上合為整體，即可得到與光刻電極相兼容的本征可拉伸有機場效應晶體管；本發明制備方法可在室溫環境下操作，工藝簡單迅速易于重復，適合批量化生產。

技術領域

本發明涉及一種與光刻電極相兼容的本征可拉伸有機場效應晶體管及其制備方法，屬于柔性電子領域。

背景技術

近年來，能夠與人體皮膚或在體內器官上無縫貼合的類皮膚可拉伸電子產品，對于健康監測、醫療、醫療植入、生物研究等應用，以及人機界面、軟機器人和增強現實等技術，都是非常重要的(Science 2011，333，838-843；Nat.Nanotechnol.2014，9,397-404；Science 2015，347,159-163；Nature 2016，529,509-514)。由于人體和器官是柔軟的、彎曲的并且能夠持續運動的，使這種電子產品變得柔軟、像人的皮膚一樣有彈性，會讓它們穿戴起來更加舒適，而且這種材料的彈性能夠使其與皮膚產生更緊密的貼合，增大接觸面積，減少噪聲和偽信號引入，從而增強從皮膚獲得的信號的保真度。場效應晶體管是現代集成和驅動等電路中最重要的基本元件之一，因此制備可拉伸的場效應晶體管是可拉伸電子學發展的重要基礎。

目前，基于傳統的剛性材料進行特殊的結構化設計，能夠賦予剛性器件一定的拉伸性從而提升整體場效應晶體管器件的可拉伸性，如蛇形結構、非平面屈曲結構、預拉伸波紋結構和島狀互連結構等(Science 2008,321,1468；Science 2008,320,507；Science2010,327,1603；Adv.Mater.2010,22,2108；Nature 2013,499,458-463；Nat.Commun.2014,5,4147)。這些加工工藝雖然能夠在拉伸應變下較好的保留器件原本的電學性能，但它們普遍需要復雜的制造技術，成本較高，器件集成度低，通過預拉伸制備的器件通常拉伸方向也會受到限制。而基于具有本征拉伸性的有機材料制備的可拉伸場效應晶體管器件，能夠彌補上述兩種方法的不足，具有器件集成度較高，更好的可穿戴舒適性，與大面積、低成本且較為簡易的溶液加工工藝兼容，拉伸不局限于單一的方向等優勢。商用的晶體管器件及其所構成的電子運算電路的需要高集成度以滿足大規模的生產從而實現功能性及邏輯運算。

目前，如何制備高集成度的本征可拉伸有機場效應晶體管是可拉伸電子研究的熱點之一，而圖案化電極的精度直接影響了器件的集成度。光刻是目前商業化高集成度無機晶體管和電子電路生產中的一個主要工藝，但由于其工藝步驟較多，需要將樣品暴露在紫外光下，且多次浸泡于溶液中進行顯影和去膠，導致加工好的有機材料溶脹、溶解、乃至破壞，所以光刻工藝與有機材料兼容性很差。因此，對于這種基于本征可拉伸材料的高密度器件陣列的制備，如何使得每一層材料的加工工藝均達到互相兼容，同時不影響所有功能材料的性能，是挑戰性問題之一。